《材料力學(xué) 第2版》課件 第1章 緒論

1MechanicsofMaterials吉林大學(xué)機(jī)械學(xué)院工程力學(xué)系2材料力學(xué)vs.理論力學(xué)力剛體可變形固體運(yùn)動(dòng)變形破壞物體理論力學(xué)材料力學(xué)3目錄第1章緒論第2章軸向拉伸和壓縮第3章扭轉(zhuǎn)和剪切第4章彎曲內(nèi)力第5章彎曲強(qiáng)度第6章彎曲變形第7章應(yīng)力及應(yīng)變分析

強(qiáng)度理論第8章組合變形構(gòu)件的

強(qiáng)度計(jì)算第9章實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析第10章能量法第11章超靜定結(jié)構(gòu)第12章動(dòng)載荷第13章交變應(yīng)力第14章壓桿穩(wěn)定第15章桿件的塑性變形4第1章緒論1.1材料力學(xué)的任務(wù)1.2可變形固體的性質(zhì)及其基本假設(shè)1.3內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念1.4變形與應(yīng)變的概念1.5桿件變形的基本形式51.1材料力學(xué)的任務(wù)機(jī)械一.工程要求設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)零件

構(gòu)件

(可變形固體)要求:構(gòu)件具有足夠的承載能力?6構(gòu)件的承載能力1.強(qiáng)度2.剛度3.穩(wěn)定性1.什么叫構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性?2.什么時(shí)候構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性??1.1材料力學(xué)的任務(wù)7強(qiáng)度-構(gòu)件抵抗

破壞的能力1.構(gòu)件安全工作應(yīng)有足夠的強(qiáng)度:即構(gòu)件在規(guī)定的載荷作用下不發(fā)生破壞.1.1材料力學(xué)的任務(wù)8

2012倫敦奧運(yùn)會(huì)，古巴選手博爾格斯撐桿跳桿子斷成三截1.1材料力學(xué)的任務(wù)9剛度----構(gòu)件抵抗變形的能力2.構(gòu)件安全工作應(yīng)有足夠的剛度:即構(gòu)件在規(guī)定的載荷作用下變形不能過大.F1.1材料力學(xué)的任務(wù)10高層建筑住戶的安全感鉆床1.1材料力學(xué)的任務(wù)11彈性變形(elasticdeformation):卸掉外載后構(gòu)件能恢復(fù)原狀。彈性變形分為線彈性變形和非線性變形。一般固體在載荷較小時(shí)發(fā)生彈性變形。材料力學(xué)僅研究線彈性變形。彈性變形變形分為彈性變形和塑性變形。1.1材料力學(xué)的任務(wù)12塑性變形(plasticdeformation）：卸掉載荷后不能消除的變形。能發(fā)生比較大的塑性變形的材料叫塑性材料。塑性變形不顯著的材料叫脆性材料。塑性變形1.1材料力學(xué)的任務(wù)133、構(gòu)件安全工作應(yīng)具有足夠的穩(wěn)定性--構(gòu)件維持原有平衡狀態(tài)的能力即:構(gòu)件(壓桿)在規(guī)定載荷作用下不失穩(wěn)1.1材料力學(xué)的任務(wù)14腳手架失穩(wěn)1.1材料力學(xué)的任務(wù)15足夠的強(qiáng)度—構(gòu)件在規(guī)定的載荷作用下

不發(fā)生破壞足夠的穩(wěn)定性—構(gòu)件在規(guī)定的載荷作用下

不失穩(wěn)足夠的剛度—構(gòu)件在規(guī)定的載荷作用下

不發(fā)生過大的彈性變形1.1材料力學(xué)的任務(wù)16二.任務(wù)保證構(gòu)件具有足夠的承載能力的前提下，以最經(jīng)濟(jì)的代價(jià)設(shè)計(jì)構(gòu)件：選擇適宜的材料；確定合理的截面形狀和尺寸；提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。為構(gòu)件矛盾：安全----經(jīng)濟(jì)1.1材料力學(xué)的任務(wù)17說明：1.三方面要求不一定同時(shí)都要滿足，對(duì)具體的構(gòu)件一般以一方面為主要條件。2.有些要求相反。1設(shè)計(jì)地雷安全銷（要求是相反的）2有些構(gòu)件要求產(chǎn)生較大的彈性變形，如跳水員跳板，轎車彈簧等。1.1材料力學(xué)的任務(wù)181.1材料力學(xué)的任務(wù)19三．研究的內(nèi)容和方法內(nèi)容1.外力變形的規(guī)律破壞的規(guī)律2.材料的力學(xué)性質(zhì)

3.截面形狀和尺寸與承載關(guān)系方法1.實(shí)驗(yàn)手段2.理論分析幾何方面物理方面靜力方面1.1材料力學(xué)的任務(wù)201.2可變形固體的性質(zhì)及其基本假設(shè)構(gòu)件

可變形固體

材料

在研究中可能以整體,部分,微塊為對(duì)象,在方法上要用到數(shù)學(xué)中的微積分,所以首先要對(duì)可變形固體進(jìn)行一定的假設(shè).為什么要對(duì)變形固體做基本假設(shè)?目的是:為了抱住西瓜,忽略芝麻211.連續(xù)性假設(shè):認(rèn)為組成固體的物質(zhì)毫無空隙的充滿了固體的幾何空間,描述物體內(nèi)受力和變形的物理量可以表示為連續(xù)函數(shù).2.均勻性假設(shè):認(rèn)為固體內(nèi)各點(diǎn)處的力學(xué)性質(zhì)都是相同的.3.各向同性假設(shè):認(rèn)為固體內(nèi)一點(diǎn)處在各個(gè)方向上的力學(xué)性質(zhì)也都是相同的,金屬材料等可認(rèn)為各向同性材料.224.小變形條件

原始尺寸原理物體的變形是客觀存在的,當(dāng)結(jié)構(gòu)的支反力沒有求出時(shí),變形是無法求解的,為了應(yīng)用靜力平衡方程,求出支反力,引入小變形原理(原始尺寸原理)Fl

變形量<<原始尺寸1.2可變形固體的性質(zhì)及其基本假設(shè)231.3內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念在外力作用下，物體內(nèi)部相互作用力的變化量（附加內(nèi)力）一.內(nèi)力方法:截面法截取代平內(nèi)力:FR

M24平衡方程:特點(diǎn)：外力增大,內(nèi)力增大,但有限度。1.3內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念25例1鉆床如圖，試確定在F作用下的和截面上的內(nèi)力。解：截面法沿假想將構(gòu)件截成兩部分?。河弥魇负椭骶卮娣植純?nèi)力取上半部分為研究對(duì)象平：解得：截：代：1.3內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念26問題的提出:A2>A1,內(nèi)力相同,材料一樣，誰先破壞?為什么?二、應(yīng)力FFA2FFA127應(yīng)力：

應(yīng)力單位

應(yīng)力分解：垂直于截面的正應(yīng)力與截面相切的切應(yīng)力---拉為正，壓為負(fù)---對(duì)體內(nèi)任一點(diǎn)取矩，順時(shí)針為正應(yīng)力的定義：內(nèi)力的集度

F

Ap

1.3內(nèi)力、截面法和應(yīng)力的概念281.4

變形與應(yīng)變的概念一.變形構(gòu)件在外力作用下要產(chǎn)生變形變形：構(gòu)件在外力作用下尺寸和形狀的改變。位移：構(gòu)件在變形的同時(shí)，其上的點(diǎn)、線、面相對(duì)于初始位置的變化。29二.應(yīng)變線應(yīng)變:一點(diǎn)處沿某一方向

長度的改變程度.

例：

符號(hào)規(guī)定

伸長縮短xuyxz1.4

變形與應(yīng)變的概念30例2求

y1.4

變形與應(yīng)變的概念31,

均為無量綱的量。切應(yīng)變

：互相正交的任意兩條線

段夾角的改變量直角變大直角變小

yxz1.4

變形與應(yīng)變的概念στ

321.5桿件變形的基本形式一．主要研究對(duì)象構(gòu)件的長度遠(yuǎn)大于橫向尺寸，稱為桿件桿件分類直桿:軸線為直線。曲桿:軸線為曲線。等截面桿:橫截面相等。變截面桿:橫截面漸變或者突變。構(gòu)件大致上可分為四類：塊體、板、殼和桿件。33橫截面軸線形心橫截面:垂直于桿件長度方向的截面。軸線:各橫截面形心的連線。材料力學(xué)中研究的主要對(duì)象就是等直桿。1.5桿件變形的基本形式34桁架桁架桁架桁架1.5桿件變形的基本形式351.5桿件變形的基本形式361.5桿件變形的基本形式37桿件橋面板橋墩立柱1.5桿件變形的基本形式38二.桿件變形的基本形式先抓住主要的作用,將構(gòu)件的受力進(jìn)行抽象,基本變形可分為四種。1.軸向拉壓2.剪切3.扭轉(zhuǎn)4.彎曲1.5桿件變形的基本形式391.軸向拉壓受力簡圖：1.5桿件變形的基本形式40受力簡圖：受力特征：受一對(duì)作用線與桿軸線重合的外力的作用變形特征：沿桿的長度伸長或縮短1.5桿件變形的基本形式411.5桿件變形的基本形式軸向拉壓實(shí)例42受力簡圖：2.剪切受力特征：受一對(duì)大小相等，指向相反，作用線相距佷近的橫向外力的作用。變形特征：橫截面沿外力作用方向發(fā)生錯(cuò)動(dòng)。1.5桿件變形的基本形式43螺栓連接鉚釘連接銷軸連接平鍵連接1.5桿件變形的基本形式剪切實(shí)例443.扭轉(zhuǎn)受力簡圖：1.5桿件變形的基本形式453.扭轉(zhuǎn)受力簡圖：受力特征：一對(duì)大小相等轉(zhuǎn)向相反，作用面

垂直于桿軸線的外力偶的作用。變形特征：相鄰橫截面將繞軸線發(fā)生相對(duì)

轉(zhuǎn)動(dòng)，而軸線仍維持直線。1.5桿件變形的基本